车辆用接地检测装置的制作方法

技术领域

本发明涉及一种提高精确度的车辆用接地检测装置。

背景技术：

例如，有时在电动汽车等车辆中设置高电压的电源。以往，进行检测车辆的高电压部分(以下、还称为强电侧)和车体的接地。在有接地的情况下，车体的电位(body earth：车体地电位)不稳定，有可能影响车辆的低电压部分(以下、还称为弱电侧)的动作。

例如，专利文献1公开了如下方法：经由电阻来对一端连接于强电侧的电容器施加脉冲电压，监视电容器与电阻的连接点的电压波形，由此检测接地。专利文献1的方法能够降低由于车体自身所具有的电容所产生的阻抗的影响而高精确度检测接地。

专利文献1：日本特开2003-250201号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

这里，在专利文献1公开的结构中，没有特别限定电容器的种类。但是，电容器配置在强电侧与弱电侧之间的边界、在车辆中能够设置接地检测装置的区域有限，因而存在使用单体能够大容量化的电容器的倾向。因此，选择氧化铝电解电容器的情况也多。

作为一般的性质，氧化铝电解电容器具有当无负荷地长时间放置时漏电流增加的可能性。在没有强电侧与车体之间的接地的情况下，可能有接地检测装置中使用的氧化铝电解电容器成为长时间无负荷的状态而漏电流增加、绝缘电阻降低的问题。在这种情况下，存在诊断时被判定为绝缘电阻不良的车辆成为系统故障状态，有时成为无法行驶且需要修理的情况。为了防止这情况，需要使用长期可靠性高的电容器，这成为成本增加的原因。

因此，接地检测装置最好是在使用氧化铝电解电容器的情况下也能够确保长期可靠性的结构。本发明的目的在于提供一种将氧化铝电解电容器的绝缘等级维持得高来提高长期可靠性的车辆用接地检测装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述课题，第一观点的车辆用接地检测装置在具备氧化铝电解电容器的耦合电容器部的一端侧连接高电压电源的正极端子或者负极端子，向成为所述耦合电容器部的另一端侧的测量点施加矩形波脉冲信号，检测在所述测量点产生的电压信号来检测直流电源的接地，该车辆用接地检测装置的特征在于，具备充放电部，在不检测所述直流电源的接地时，该充放电部使所述耦合电容器部进行充放电。

另外，第二观点的车辆用接地检测装置，其特征在于，还具备电压测量部，在充电后该电压测量部测量所述耦合电容器部的电压。

另外，第三观点的车辆用接地检测装置，其特征在于，所述电压测量部还测量车辆驱动用电池的电压。

另外，第四观点的车辆用接地检测装置，其特征在于，在所述耦合电容器部的充电中所用的电源使用车辆驱动用电池。

另外，第五观点的车辆用接地检测装置，其特征在于，进行所述耦合电容器部的放电的电路中使用电压检测用电阻。

另外，第六观点的车辆用接地检测装置，其特征在于，在点火装置断开的状态下进行所述耦合电容器部的充放电。

另外，第七观点的车辆用接地检测装置，其特征在于，所述耦合电容器部具备多个氧化铝电解电容器。

发明的效果

另外，根据第一观点的车辆用接地检测装置，具备充放电部，在不检测直流电源的接地时该充放电部将耦合电容器部进行充放电。因此，第一发明的车辆用接地检测装置中，氧化铝电解电容器不会设为长时间无负荷的状态，能够将氧化铝电解电容器的绝缘等级维持得高来提高长期可靠性。

另外，根据第二观点的车辆用接地检测装置，能够通过由电压测量部测量耦合电容器部的电压来检测例如氧化铝电解电容器的开路故障等。即，第二发明的车辆用接地检测装置除了能够进行接地检测之外还能够进行氧化铝电解电容器的故障检测。

另外，根据第三观点的车辆用接地检测装置，作为电压测量部而使用已有的测量车辆驱动用电池的电压的电路，因此能够抑制电路规模的增大。

另外，根据第四观点的车辆用接地检测装置，作为用于耦合电容器部的充电的电源而使用已有的车辆驱动用电池，因此能够抑制电路规模的增大。

另外，根据第五观点的车辆用接地检测装置，作为进行耦合电容器部的放电电路的放电电阻而使用已有的电压检测用电阻，因此能够抑制电路规模的增大。

另外，根据第六观点的车辆用接地检测装置，能够在不执行接地检测时进行耦合电容器部的充放电。因为在车辆动作过程中(当点火装置为接通的状态时)有可能执行接地检测，所以避开该期间来执行氧化铝电解电容器的充放电。因此，能够不阻碍接地检测而将氧化铝电解电容器的绝缘等级维持得高。

另外，根据第七观点的车辆用接地检测装置，即使例如在某些的氧化铝电解电容器短路的情况下，也能够由剩余的氧化铝电解电容器来确保耐压。由此，能够实现具有抗故障性的耦合电容器部。

附图说明

图1是表示绝缘等级检测时的本实施方式的车辆用接地检测装置的图。

图2是表示矩形波脉冲信号以及测量点A中的电压信号的时序图。

图3是表示电容器充电时的本实施方式的车辆用接地检测装置的图。

图4是表示电容器放电时的本实施方式的车辆用接地检测装置的图。

图5是表示本实施方式的车辆用接地检测装置的处理的流程图。

图6是表示以往例的车辆用接地检测装置的图。

具体实施方式

(整体结构)

以下，说明本发明的实施方式。首先，参照图1说明本实施方式的接地检测装置10的整体结构。本实施方式中的接地检测装置10是例如装载于汽车等车辆的车辆用接地检测装置。在本实施方式中，作为接地检测装置10装载于电动汽车进行说明。

如图1所示，接地检测装置10连接于电池1。本实施方式中的电池1是直流电源，作为电动汽车的车辆驱动用的高电压电源来使用。电池1将例如由交流发电机变换所获得的电能进行蓄积(充电)、例如向驱动马达供给电能(放电)。接地检测装置10在车辆动作过程中检测电池1的接地的产生。在此，车辆动作过程中是指车辆的点火装置从接通至断开的期间。以下，车辆动作过程中也称为点火装置接通的状态，车辆不在动作过程中也称为点火装置断开的状态。

在此，如图1那样由电池1、开关SW1、电阻Ra、Rb构成的电路设置在强电侧。电池1是如上所述那样用于电动汽车的车辆驱动的高电压(例如几百伏特)的蓄电池。另外，电阻Ra、Rb是电池1的电压检测用电阻，由电阻分压电路构成。电阻分压电路将电池1的高电压进行分压而下降到在后级的电路中使用的电压等级，然后输出。所输出的电压(图1的B点中的电压)也可以由后级的电路(例如A/D变换器)变换为数字信号、并根据该数字值来判定电池1的充电状态。另外，开关SW1是用于控制由电池1与电阻Ra、Rb构成的电阻分压电路的连接的开关。开关SW1在例如防止暗电流流过时设为断开。

该强电侧的结构部分中的开关SW1、电阻Ra、Rb作为接地检测装置10的一部分来使用。即，接地检测装置10除了包括后述的弱电侧的结构部分之外还包含强电侧的这些结构部分。如后所述，由电阻Ra、Rb构成的电阻分压电路对应于在充电后测量耦合电容器部15的电压的电压测量部。另外，开关SW1的接通、断开是由CPU 13来控制。此外，在强电侧中，电池1的极性也可以是相反的(开关SW1与低电位侧连接)。

接地检测装置10除了具备所述强电侧的结构部分之外，作为弱电侧的结构部分还具备输出部11、CPU 13、耦合电容器部15、滤波器部17、电阻R1。另外，接地检测装置10具备切换与强电侧之间的连接的开关SW2、SW3。如后所述，接地检测装置10通过适当地控制开关SW2、SW3以及强电侧的开关SW1，不仅高精确度检测接地，而且避免耦合电容器部15的氧化铝电解电容器被无负荷地长时间放置。此外，在弱电侧中，使用与电池1相比足够低的电源电压(例如3.3伏特)。

输出部11根据CPU 13的指示来输出矩形波脉冲信号。矩形波脉冲信号经由电阻R1至耦合电容器部15的一端侧(测量点A)。

CPU 13设定通过输出部11所输出的矩形波脉冲信号的频率、占空比、并且根据经由滤波器部17所获取的测量点A中的电压信号来检测电池1的接地。

滤波器部17是进行测量点A中的电压信号的波形整形的滤波器，在本实施方式中是低通滤波器。此外，滤波器部17也可以是例如包含运算放大器等反馈电路的结构。

耦合电容器部15具有连接了多个氧化铝电解电容器的结构。在本实施方式中，氧化铝电解电容器C1、C2、C3被串联连接。另外，耦合电容器部15的一端侧(氧化铝电解电容器C3的与氧化铝电解电容器C2相反的端子侧)与电池1的负极端子连接。另外，耦合电容器部15的另一端侧(氧化铝电解电容器C1的与氧化铝电解电容器C2相反的端子侧)经由开关SW3与测量点A连接。

开关SW2的一端侧经由开关SW3与测量点A连接，另一端侧经由开关SW1与电池1的正极端子连接。

在此，CPU 13控制开关SW1、SW2、SW3的接通、断开。CPU 13与充放电部相应地，在不检测作为直流电源的电池1的接地时，使耦合电容器部15进行充放电。另外，CPU 13获取包括点火装置为接通状态还是断开状态在内的关于车辆状态的数据。

(接地检测)

以下，首先进行关于接地检测装置10的接地的检测的说明，然后说明耦合电容器部15的充放电的控制。

如图1所示，CPU 13在接地的检测时将开关SW1和开关SW3设为接通，将开关SW2设为断开。如上述那样，CPU 13设定由输出部11输出的矩形波脉冲信号的频率、占空比，在以下的例子中将频率设为T、占空比设为50％。

输出部11根据来自CPU 13的指示来生成矩形波脉冲信号。CPU 13例如具有计数器，根据由计数器计时的时间来使输出部11生成矩形波脉冲信号。在该例子中，CPU 13首先使输出部11输出成为预先设定的周期T和占空比的矩形波脉冲信号的成为“H”电平(高电平)的信号。而且，当由计数器计时的时间成为周期T的1/2、即在紧挨着T/2的时间经过之前时获取测量点A的电压值。将此时的电压值设为VH。此外，CPU 13既可以例如由内置的电压传感器等来检测测量点A的电压值，也可以在例如滤波器部17的输出级具备A/D变换器等来获取表示测量点A的电压值的数字信号。

接着，CPU 13使输出部11输出矩形波脉冲信号的成为“L”电平(低电平)的信号。而且，当由计数器计时的时间成为紧挨着周期T之前时获取测量点A的电压值。将此时的电压值设为VL。

之后，CPU 13求出所获取的电压值VH与电压值VL的差分(VH－VL)。以下，将该差分电压设为Vp-p。

CPU 13比较差分电压Vp-p与第一阈值V1，在差分电压Vp-p大于第一阈值V1的情况下判定为没有异常(即没有接地)。根据在电池1的绝缘电阻下降的情况下所产生的差分电压的变化来确定第一阈值V1和后述的第二阈值V2。差分电压的变化例如能够通过仿真、实验等来把握。

在差分电压Vp-p为第一阈值V1以下的情况下，比较第二阈值V2(其中V2<V1)与差分电压Vp-p。在V2小的情况下，CPU 13判定为轻微的接地和车辆电容增大中的某一个。此时，CPU 13也可以对车辆的用户进行例如声音、显示等警告。

在差分电压Vp-p为第二阈值V2以下的情况下，CPU 13判定为重度的接地和车辆电容增大中的某一个。此时，CPU 13也可以判定为车辆不宜再继续运行，例如进行促使车辆马达停止的意思显示。

图2的(a)是例示出由输出部11输出的矩形波脉冲信号的时序图。图2的(b)、(c)是例示出测量点A的电压信号的时序图。另外，图中的S1、S2、···表示CPU 13获取测量点A的电压值的采样的定时。采样的定时S1、S2、···设定在矩形波脉冲信号的后沿(下降点)的稍稍靠前、以及前沿(上升点)稍稍靠前。即以每T/2设定采样的定时S1、S2、···，在矩形波脉冲信号为“H”电平以及“L”电平的时刻交替地进行采样。在定时S1、S3、··(第奇数次)，CPU 13获取电压值VH，在定时S2、S4、··(第偶数次)，CPU 13获取电压值VL。

图2的(b)表示正常时、即没有产生接地时在测量点A产生的电压波形的例子。如图2的(b)所示，测量点A中的电压波形在矩形波脉冲的前沿以及后沿呈整体平滑略带圆弧状，例如在定时S1测量的电压值VH与在定时S2测量的电压值VL之间的差分电压Vp-p(＝VH－VL)成为足够大的值。

图2的(c)表示产生有接地的情况下在测量点A产生的电压波形的例子。在产生有接地的情况下，电池1的绝缘电阻下降，因此在定时S1、S3、··(第奇数次)测量的电压值VH成为低的值。因而，差分电压Vp-p(＝VH－VL)成为低的值。如上述那样，CPU 13也可以在差分电压Vp-p为第一阈值V1以下且大于第二阈值V2的情况下警告存在接地的可能性，在差分电压Vp-p小于第二阈值V2的情况下进行促使车辆停止的意思显示。

在此，在如车辆电容增加那样的情况下，在测量点A产生的电压波形的前沿附近变化大，但是在后沿附近几乎不变化。因而，通过将采样的定时S1、S2、···设定在脉冲波形的后沿附近，能够降低车辆电容的影响。这样，本实施方式的接地检测装置10能够进行高精确度的接地检测。

(耦合电容器部的充放电)

如上所述，耦合电容器部15具备氧化铝电解电容器C1、C2、C3。在没有电池1的接地的情况下，强电侧和弱电侧分离，耦合电容器部15的两端成为无负荷状态。

在此，一般当将氧化铝电解电容器无负荷地长时间放置时漏电流有时增加。漏电流的增加是阳极箔的氧化皮膜与电解液进行反应而导致耐压下降的原因。因此，通过避免将氧化铝电解电容器C1、C2、C3无负荷地长时间放置的事态，能够将氧化铝电解电容器C1、C2、C3的绝缘等级维持得高来提高长期可靠性。

还能够代替氧化铝电解电容器C1、C2、C3，而使用例如陶瓷电容器等来维持绝缘等级。但是，难以将陶瓷电容器单体的容量设为与氧化铝电解电容器相同程度。因此，需要使用很多陶瓷电容器而电路规模增大，因此是不现实的。

如后所述，接地检测装置10的CPU 13能够通过适当地控制开关SW1、SW2、SW3的接通、断开来将氧化铝电解电容器C1、C2、C3进行充放电。氧化铝电解电容器C1、C2、C3的电解液在施加电压时因修复作用而恢复为原来的状态。由此，能够避免氧化铝电解电容器C1、C2、C3的漏电流增加的事态。

图3是表示耦合电容器部15的充电时的接地检测装置10的图。此外，对与图1相同的部分附加相同标记，并省略说明。CPU 13如图3所示地在耦合电容器部15的充电时将开关SW1和开关SW2设为接通，将开关SW3设为断开。如上所述，耦合电容器部15的一端侧与电池1的负极端子连接。而且，耦合电容器部15的另一端侧通过开关SW1以及开关SW2为接通来与电池1的正极端子连接。此时，通过开关SW3为断开，弱电侧与强电侧被切离，通过车辆驱动用的电池1来使氧化铝电解电容器C1、C2、C3被充电。

图4是表示耦合电容器部15的放电时的接地检测装置10的图。此外，对于与图1相同的部分附加相同标记并省略说明。如图4所示，在耦合电容器部15的放电时，CPU 13将开关SW2设为接通，将开关SW1和开关SW3设为断开。此时，通过开关SW1为断开、开关SW2为接通，耦合电容器部15的一端侧与另一端侧经由电阻Ra、Rb连接。另外，通过开关SW3为断开而弱电侧与强电侧被切离，氧化铝电解电容器C1、C2、C3被放电。在此，当在氧化铝电解电容器C1、C2、C3被充电的状态下使开关SW3成为接通时，有可能在弱电侧流过大的电流而对接地检测装置10产生坏影响。因此，在使耦合电容器部15放电后，CPU 13将开关SW3设为接通。

这样，通过CPU 13适当地切换开关SW1、SW2、SW3的接通、断开，接地检测装置10不仅能够检测电池1的接地，而且还能够进行耦合电容器部15的充放电。在此，通常在车辆的点火装置为接通的状态时(车辆动作过程中)需要继续检测电池1的接地。因此，接地检测装置10能通过执行如图5的流程图的控制既进行接地检测，又间隔地对耦合电容器部15进行充放电来提高氧化铝电解电容器C1、C2、C3的长期可靠性。

(接地检测装置的处理)

图5是表示本实施方式的接地检测装置10的处理的流程图。首先，接地检测装置10在初始状态时或者车辆的点火装置未接通的状态下(步骤S2为“否”)且不需要电容器的激活时(步骤S4为“否”)，将开关SW1、SW2、SW3全都设为断开(步骤S1)。在此，电容器的激活是指对耦合电容器部15进行充放电。在该例子中，当车辆的动作结束从而点火装置从接通变成断开时，需要电容器的激活。接地检测装置10通过将开关SW1、SW2、SW3全都设为断开，防止在车辆不动作时由于暗电流等使电池1的充电率下降。

接地检测装置10在步骤S1之后判定车辆的点火装置是否为接通的状态(步骤S2)。如果车辆的点火装置是接通的状态(步骤S2为“是”)，则接地检测装置10将开关SW1、SW3设为接通且将开关SW2设为断开(步骤S3)，使得在车辆动作过程中持续检测接地。此时，接地检测装置10成为图1所示的状态，能够通过将差分电压Vp-p与第一阈值V1、第二阈值V2比较来检测接地。当执行步骤S3时，接地检测装置10再次回到步骤S2。

如果车辆的点火装置为未接通的状态(步骤S2为“否”)，则接地检测装置10判定是否需要电容器的激活(步骤S4)。在本实施方式中，在进行了动作的车辆停止时，接地检测装置10执行耦合电容器部15的充放电，避免耦合电容器部15被无负荷地长时间放置的事态。即，如上所述，接地检测装置10检测点火装置从接通变成断开，判定是否需要电容器的激活。

接地检测装置10在判定为需要电容器的激活时(步骤S4为“是”)，如下那样对耦合电容器部15进行充放电。首先，接地检测装置10将开关SW1、SW2设为接通，将开关SW3设为断开(步骤S5)。此时，接地检测装置10成为图3所示的状态，通过车辆驱动用的电池1来将氧化铝电解电容器C1、C2、C3进行充电。

接着，接地检测装置10判定是否需要电容器的放电(步骤S6)。接地检测装置10在判定为需要电容器的放电之前(步骤S6为“否”)，持续氧化铝电解电容器C1、C2、C3的充电。接地检测装置10在施加了足以使氧化铝电解电容器C1、C2、C3的电解液因修复作用而回到原来的状态的电压的情况下，判定为电容器的充电充分、需要放电。此时，接地检测装置10也可以根据例如电容器的充电时间、耦合电容器部15的端子间电压等来判定是否需要电容器的放电。

接地检测装置10在判定为需要电容器的放电时(步骤S6为“是”)，将开关SW2设为接通，将开关SW1、SW3设为断开(步骤S7)。此时，接地检测装置10成为图4所示的状态，耦合电容器部15的一端侧与另一端侧经由电阻Ra、Rb连接而开始放电。此时，电阻Ra、Rb作为放电电阻来使用。

接着，接地检测装置10判定电容器放电是否充分(步骤S8)。在耦合电容器部15的放电结束之前，接地检测装置10持续放电(步骤S8为“否”)。当耦合电容器部15的放电结束时(步骤S8为“是”)，不会从耦合电容器部15向弱电侧流通大的电流，因此能够将开关SW3设为接通。之后，接地检测装置10的处理回到步骤S1。

如以上那样，根据本实施方式的接地检测装置10，不仅能够高精确度检测接地，而且还能够避免耦合电容器部15的氧化铝电解电容器C1、C2、C3被无负荷地长时间放置。在此，图6是表示以往例的接地检测装置10A的图。本实施方式的接地检测装置10与以往例的接地检测装置10A相比，具备开关SW2、SW3的点上不同。

在图6所示的以往例的接地检测装置10A的电路结构中，能够高精确度检测电池1的接地。但是，以往例的接地检测装置10A不具备开关SW2、SW3。因此，以往例的接地检测装置10A不能实现有效地进行耦合电容器部15的氧化铝电解电容器C1、C2、C3的充放电的接地检测装置10的电路结构(图3、图4)。

另一方面，本实施方式的接地检测装置10能够基本不增大电路规模而高精确度检测接地，而且还能够在不检测接地时使耦合电容器部15进行充放电。因此，在耦合电容器部15由氧化铝电解电容器构成的情况下，能够在漏电流增加之前充放电，能够将氧化铝电解电容器的绝缘等级维持得高来提高长期可靠性。

另外，本实施方式的接地检测装置10具备由以往例中也使用的电阻Ra、Rb构成的电阻分压电路。该电阻分压电路在检测接地时用于测量电池1的电压。在此，在本实施方式的接地检测装置10中，能够例如图4所示，将同一电阻分压电路作为测量耦合电容器部15的电压的电压测量部来使用。通过由电压测量部来测量例如耦合电容器部15的充电后的电压，能够检测氧化铝电解电容器C1、C2、C3的一部分或者全部的开路故障。此时，不需要设置对耦合电容器部15的电压进行测量的专用的电压测量部，因此能够抑制接地检测装置10的电路规模的增大。

另外，本实施方式的接地检测装置10具备以往例中也使用的车辆驱动用的电池1。例如图3所示，耦合电容器部15是以电池1作为电源来进行充电。此时，不需要为了将耦合电容器部15进行充电而设置专用的电池，因此能够抑制接地检测装置10的电路规模的增大。

另外，本实施方式的接地检测装置10具备以往例中也使用的电阻Ra、Rb。如上所述，电阻Ra、Rb是用于测量电池1的电压的电压检测用电阻。在此，例如图4所示，作为电压检测用电阻的电阻Ra、Rb在耦合电容器部15的放电时作为放电电阻来使用。此时，不需要在进行耦合电容器部15的放电电路中设置专用的负荷，因此能够抑制接地检测装置10的电路规模的增大。

另外，本实施方式的接地检测装置10能够在点火装置为断开的状态下进行耦合电容器部15的充放电。在点火装置为接通的状态(车辆动作过程中)中有可能执行接地检测，但是接地检测装置10能够不妨碍接地检测而将氧化铝电解电容器的绝缘等级维持得高。

另外，在本实施方式的接地检测装置10中，耦合电容器部15具备多个氧化铝电解电容器。因此，例如某些氧化铝电解电容器短路的情况下也能够以剩余的氧化铝电解电容器来确保耐压。由此，能够实现有抗故障性的耦合电容器部15。

根据各附图、实施例来说明了本发明，但应注意如果是本领域技术人员则容易根据本公开来进行各种变形、修改。因而，应留意这些变形、修改包含在本发明的范围内。例如，各模块以及步骤等中包含的功能等能够以逻辑不矛盾的方式再配置，能够将多个模块以及步骤组合为一个或者分割。

例如，在上述的实施方式中的接地检测装置10中，作为对耦合电容器部15的电压进行测量的电压测量部来使用测量电池1的电压的电阻分压电路。但是，接地检测装置10也可以不具备固有的电压测量部。另外，在上述的实施方式中的接地检测装置10中，作为将耦合电容器部15进行充电的电源使用了车辆驱动用的电池1。但是，接地检测装置10也可以具备固有的电源。另外，在上述的实施方式中的接地检测装置10中，作为耦合电容器部15的放电电阻使用了作为电压检测用电阻的电阻Ra、Rb。但是，接地检测装置10也可以不具备固有的放电电阻。另外，耦合电容器部15既可以是将多个氧化铝电解电容器并联连接的结构，也可以是串联连接和并联连接组合得到的结构。

附图标记说明

1：电池；10、10A：接地检测装置；11：输出部；13：CPU；15：耦合电容器部；17：滤波器部；C1、C2、C3：氧化铝电解电容器；R1、Ra、Rb：电阻；SW1、SW2、SW3：开关。